O presente trabalho tem como objetivo determinar a pressão de colapso de tubos API 5L X56 de parede fina com trincas longitudinais internas e externas submetidas a pressão interna. Foi utilizado o método R6 conforme a norma BS7910:1999 e a Análise por Elementos Finitos. Foram feitos ensaios de tração e de caracterização da tenacidade do material utilizado por integral J, assim como o modelamento por Elementos Finitos do tubo e a aplicação dos “Failure Assessment Diagram” FAD para determinar a pressão de colapso. Verificou-se que para trincas internas a pressão de colapso é levemente maior que em trincas externas. Isto é mais acentuado para trincas com uma profundidade maior que a metade da parede do tubo. As predições da pressão de colapso em função do tamanho da trinca do método R6 em comparação com alguns resultados experimentais mostraram uma precisão satisfatória, porem em alguns casos não conservadora.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianóplis, 2013. / Made available in DSpace on 2015-03-18T20:50:54Z (GMT). No. of bitstreams: 1 327914.pdf: 10937671 bytes, checksum: 39b61011d8c45ed87675c2ea6c11ee01 (MD5) Previous issue date: 2013 / O arrefecimento de células a combustível é uma preocupação atual da indústria nacional, particularmente no caso de células a combustível do tipo PEM, também conhecida por PEMFC (Proton Exchange Membrane Fuel Cell). Diversas técnicas de resfriamento são descritas na literatura e consideradas como alternativas de projeto para garantir funcionamento adequado da célula. Em consequência das reações químicas, sua temperatura aumenta a ponto de secar a membrana polimérica, prejudicando o transporte dos íons de hidrogênio e, consequentemente, a geração de eletricidade. Nas unidades portáteis com baixa capacidade, a célula é resfriada pelo próprio ar de alimentação, soprado por ventiladores. São sistemas que geralmente trabalham com baixas densidades de potência e projetados para operar com ar como agente oxidante. Em unidades maiores, de alta densidade de potência, são recomendados sistemas de resfriamento através da circulação de água por canais usinados nas placas de grafite. No presente trabalho são estudados minitubos de calor como alternativa para o arrefecimento de uma unidade de 200 W, disponível no Laboratório de Combustão e Engenharia de Sistemas Térmicos (LabCET), no sentido de garantir operação no intervalo de temperatura requerido, entre 70 e 90 °C. O sistema de controle consiste em um conjunto de trinta minitubos de calor de aço inoxidável, cada um com comprimento de 100 mm, montados em paralelo. O tubo de calor é constituído por um invólucro selado contendo água deionizada como fluido de trabalho, sendo compreendido pelas regiões condensador e evaporador. Cada tubo passa por um processo de conformação que proporciona uma seção transversal triangular. Duas ranhuras axiais provêem o bombeamento capilar necessário para a recirculação do fluido de trabalho. Essa forma de controle representa uma alternativa de baixo custo de fabricação e tecnicamente viável do ponto de vista industrial. Testes foram realizados em tubos de calor individuais com potência aplicada em patamares previamente estabelecidos, entre 2 e 10 W. Um modelo matemático foi utilizado para avaliar o desempenho e principais parâmetros do tubo de calor, incluindo inventário do fluido de trabalho, temperatura de operação e limite capilar. Os resultados mostram que os tubos de calor testados são capazes de dissipar até 10 W, correspondentes à 1,4 W/cm² na seção do evaporador, com a temperatura abaixo de 90 °C, atendendo assim o arrefecimento requerido para a operação da célula.<br> / Cooling fuel cell is a current concern of the national industry, particularly inthe case of PEM fuel cell, also known as PEMFC (Proton Exchange MembraneFuel Cell). Several cooling techniques are described in the literatureand they are considered as design alternatives, to ensure proper functioningof the cell. As a result of chemical reactions, its temperature rises to thepoint of drying the polymer membrane, impairing the transport of hydrogenions and hence the generation of electricity. In low capacity portable unitsthe cell is cooled by the same supply air which is blown by fans. They aresystems that usually work with low power densities and designed to operatewith air as the oxidizing agent. In larger units with high power density,cooling systems by circulating water into channels machined on the graphiteplates are recommended. Mini heat pipes are studied in present work as analternative to cooling a 200 W unit available in the Laboratory of Combustionand Thermal Systems Engineering (LabCET), to ensure operation inthe required temperature range between 70 and 90 C. The control systemconsists of a set of stainless steel mini heat pipes, each one with 100 mmlength, assembled in parallel. The heat pipe consists of a sealed enclosurecontaining deionized water as the working fluid, consisting of the condenserand evaporator sections. Each tube undergoes a mechanical forming processwhich provides a triangular cross section. Two axial grooves provide thenecessary capillary pumping for the working fluid recirculation. This formof control represents a low-cost manufacturing alternative and technicallyfeasible of industrial point of view. Tests were performed in individual heatpipes with power applied at levels previously established between 2 and 10W. A mathematical model was used to evaluate the performance and mainparameters of the heat pipe, including the working fluid inventory, operatingtemperature and capillary limit. The results show that the tested heat pipesare capable of dissipating up to 10 W, corresponding to 1.4 W/cm2 in theevaporator section, with the temperature below 90 C thus meeting thecooling required for the cell operation.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2014. / Made available in DSpace on 2015-04-29T21:03:24Z (GMT). No. of bitstreams: 1 328325.pdf: 20569253 bytes, checksum: 91ca5c26862cc50254fd9564d163adb1 (MD5) Previous issue date: 2014 / Neste trabalho propõe-se estudar a secagem de ervas finas em dois tipos diferentes de secadores assistidos por termossifões, caracterizando os fenômenos físicos observados tanto na erva como no secador. É apresentada uma revisão bibliográfica sobre o estado da arte da secagem de ervas finas, dos modelos matemáticos e correlações que descrevem este processo e dos diferentes tipo de secadores que se tem atualmente no mercado. Baseado em trabalhos da literatura especializada foi desenvolvido um modelo matemático da vazão de vapor de água liberada durante a secagem, considerando as parcelas de vapor liberadas pela folha e pelo talo. Utilizou-se para este modelo a lei de Fick para a difusão unidimensional de água na erva. Com o objetivo de adimensionalizar a vazão mássica de vapor liberado por cada uma das parcelas, foi introduzido o número adimensional MV que permite definir e comparar a capacidade do secador independente do material secado. Assim para cada valor de MV existe uma quantidade máxima de massa ?in natura? que o secador pode secar com certo consumo de energia associado. Realizaram-se testes experimentais com erva hortelã-comum (Mentha x villosa Huds) através de um secador experimental por convecção desenvolvido pelo LABTUCAL, onde o ar de secagem se aquece pela passagem por um banco de resistências horizontais, que simulam o comportamento dos termossifões. Estudaram-se os principais fatores que influenciam o tempo final de secagem como: a umidade relativa do ar, a velocidade de escoamento, a quantidade de bandejas dentro da câmara de secagem, a relação de massa e superfície de erva e o efeito da presença do talo da erva. A análise dos resultados permitiu concluir que os modelos teóricos se ajustam satisfatoriamente aos dados experimentais obtidos. Finalmente, foi adaptado um forno de cocção de pães desenvolvido pelo LABTUCAL com termossifões tipo árvore distribuído nas paredes laterais da câmara de secagem. Neste forno foram realizados testes de secagem, com o objetivo de comparar o desempenho deste com do outro secador. Observou-se que o tempo de secagem, assim como o consumo total de energia no forno de cocção de pães adaptado, diminuíram. O desempenho deste forno foi também comparado ao da estufa que atualmente a empresa Baldo S.A. possui para secagem de ervas finas. oncluindo-se que o forno de cocção de pães adaptado apresenta dentre os três o melhor desempenho.<br> / Abstract : This paper studies the drying of herbs in two different types of thermosyphon assisted dryers, by characterizing the physical phenomena observed both in the grass as in the dryer. A review on the state of the art of medicinal herbs drying, mathematical models and correlations that describe this process and of different types of commercialized dryers was made. A mathematical model of the vapor water flow released during drying, considering the steam released by the leaf stalk, was developed based on works presented in the literature. This model used the Fick's law for one-dimensional diffusion of water into the herb. The steam MV dimensionless number were used in order to turn the mass flow rate released by each of the plots dimensionless. This allows to define and compare the ability of independent dryer dried material was posted. For each value of MV there is a maximum " in natura " mass that the dryer can dry with some associated energy consumption. Experimental tests were performed with common spearmint herb (Mentha x villosa Huds ) through an convection dryer developed by LABTUCAL. In this dryer, the drying air is heated by passing it through a bank of horizontal resistances that simulate the behavior of the thermosyphon. The main factors that influence the final drying time such as the relative humidity of the air, the flow rate, the amount of trays inside the drying chamber, the relationship of mass and surface of herb and the effect of the presence of the herb stalk were studied. The analysis concluded that the theoretical model satisfactorily fits the experimental data obtained. A bread cooking oven developed by LABTUCAL was adapted with tree type thermosyphon distributed in vertical side walls of the drying chamber. In this oven drying tests were performed in order to compare its performance with the other. It was observed that the drying time and the total energy consumption in the adapted bread cooking oven diminished. The performance of this oven was also compared to the one that Baldo SA company currently uses for drying herbs. The adapted oven presented the best performance of the three ovens.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-07-18T04:10:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 346018.pdf: 9429291 bytes, checksum: a62ed8a1c3b9dbf614fff3ae82541ae9 (MD5) Previous issue date: 2016 / O avanço tecnológico da microeletrônica permitiu o aumento da capacidade de transporte de informações dos microprocessadores e a redução do seu tamanho, tornando os computadores mais rápidos e menores. Porém, esses avanços apresentam consequências como uma maior taxa de produção de calor por efeito Joule, elevando a temperatura de operação desses componentes. Para garantir as condições de operação, são empregados dispositivos com capacidade de transferir grandes taxas de calor. Dentre estes dispositivos, se encontram os tubos de calor em circuito ou LHP?s (Loop Heat Pipes). No segmento aeronáutico, devido ao crescente uso de equipamentos eletrônicos, as tecnologias de tubos de calor, mais especificamente de LHPs, têm sido cada vez mais utilizadas, pois são passivas, podem funcionar sem o auxílio da gravidade e transportam o calor a média e longa distância. As estruturas capilares que compõem estes dispositivos são fabricadas basicamente de materiais porosos metálicos, poliméricos ou cerâmicos. Para materiais metálicos sinterizados, diversos arranjos de materiais e estruturas têm sido testados, visando aumentar a capacidade de troca térmica do dispositivo. A grande dificuldade no emprego de materiais metálicos como o cobre é a possibilidade de se formar vapor no interior do meio poroso, bloqueando o fluxo de fluido de trabalho pelo dispositivo, causado pela elevada condutividade térmica do elemento poroso. Associada ao uso de materiais porosos sinterizados de cobre, é usada água como fluido de trabalho, por sua compatibilidade química e pelo maior número de mérito dentre os fluidos de trabalho mãos comuns. Porém, a água apresenta uma variação muito baixa da pressão de saturação com relação à temperatura, de forma que deve-se projetar evaporadores com pequenas perdas de carga e mínima transferência de calor parasita para a câmara de compensação. Se uma quantidade considerável de vapor é produzida na câmara de compensação, este permanece confinado, bloqueando total ou parcialmente o fluxo de fluido de trabalho, impedindo o fluxo de vapor no canal do evaporador e o retorno do condensado para a região de bombeamento capilar e, consequentemente, aumentando a resistência térmica total do dispositivo. Nesse trabalho foi realizada uma análise teórica e experimental da transferência de calor e massa em meios porosos sinterizados, considerando-se mudança de fase do fluido de trabalho no evaporador de tubos de calor em circuito. Modelos matemáticos para as propriedades termofísicas dos meios sinterizados de cobre, empregados no evaporador de um LHP, foram propostos e comparados com dados experimentais. Nesta análise, foram estudados os parâmetros geométricos críticos para o projeto de um evaporador para um tubo de calor em circuito, considerando-se como parâmetro de entrada as características geométricas do material particulado utilizado na fabricação da estrutura capilar do meio poroso sinterizado do tubo de calor em circuito, assim como a temperatura de operação e a massa de fluido de trabalho.<br> / Abstract : Technology advances in microelectronic systems lead to the development of high speed processing, with microprocessors of smaller sizes, which are ever lighter and faster. Conversely, these advances lead to the increase of the heat flux dissipation requirements. In this context, highly conductive heat transfer devices, able to remove the generated heat from electronic components, are required. Among these devices, heat pipes and loop heat pipes (LHP) are increasingly considered for the thermal management of electronic components. In aeronautics, where the use of electronic components has increased in the last decade, the heat pipes and loop heat pipes (LHP) are progressively being considered for thermal control due to the capacity to transfer large amount of heat, through short to considerable long distances, without the use of mechanical pumps or refrigeration systems. The wick structures that constitute these devices are basically made from metal, polymer or ceramic sintered porous media. Several arrangements have been tested for metal sintered porous media, in order to increase the heat transfer capacity of the LHP. The main concern of using copper is the possibility of blockage of the working fluid flow within the LHP, due to the presence of vapor inside the wick. Actually, due to the high thermal conductivity of porous media, vapor can be formed inside the wick, remaining confined, which can block fully or partially the working fluid passage along the evaporator. Associated with copper sintered porous media, water is selected as the working fluid due to its chemical compatibility with the copper and due to its large figure of merit in comparison to other working fluids. However, water presents a low variation of the saturation pressure as a function of temperature. This characteristic requires the design of evaporators with minimum pressure drop and minimum parasitic heat flows (heat leak) to the compensation chamber. Actually, an undesired heat leak to the evaporator compensation chamber may produce vapor, which may remain confined, fully or partially blocking the working fluid flow, and, consequently, increasing the total thermal resistance of the device. In this work, theoretical and experimental heat and mass transfer analyses of a copper sintered porous media, considering working fluid phase change, in a LHP evaporator, is developed. Mathematical models for the thermophysical properties of the copper sintered porous media were proposed and compared with experimental data. Analyses were performed on critical geometry parameters to LHP design, which includes the geometry characteristics of the powder used in the sintered porous media fabrication, as well as the operating temperature and the working fluid mass.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2017. / Made available in DSpace on 2017-07-18T04:15:47Z (GMT). No. of bitstreams: 1 346241.pdf: 27252424 bytes, checksum: d645368da3eb9f1d262c09c714c837b3 (MD5) Previous issue date: 2017 / Um novo sistema de trocador de calor (HES) foi avaliado experimentalmente em solo e em voo objetivando o resfriamento passivo de sistemas aviônicos. O protótipo de trocador de calor consiste em dois condensadores, conectados a um mesmo evaporador através de dois loop-termossifões em paralelo. O fluxo de ar externo à fuselagem da aeronave e o sistema de ar condicionado servem como sumidouros de calor. Um tubo de calor e quatro termossifões foram empregados como elementos intermediários de transferência de calor (IHTEs) entre fontes de calor e o evaporador do trocador de calor. Os parâmetros de projeto dos IHTEs tais como razão de enchimento, ângulo de inclinação, razão de aspecto e geometria dos condensadores (contato entre condensador do IHTE e evaporador do HES) foram avaliados. Água foi utilizada como fluido de trabalho. Os protótipos HES e IHTEs foram qualificados para voo após avaliações térmicas em laboratório e testes de cumprimento de requisitos. Os testes foram executados em números de Mach de até 0,78 e em altitudes de até 12 km, correspondendo à temperatura estática do ar de -56 ºC. Em condições de voo em cruzeiro, o HES é capaz de dissipar 900 W mantendo temperaturas de vapor abaixo dos valores típicos para operação de aviônicos; e.g. 70 à 100 ºC. Demonstra-se a capacidade de funcionamento dos termossifões mesmo em condições de congelamento do fluido de trabalho. O fenômeno de geyser boiling eventualmente promove intensas vibrações no evaporador do trocador de calor. Mudanças térmicas nos sumidouros de calor afetam fracamente os IHTEs. Tubo de calor e termossifões com 0,7 m de comprimento podem dissipar 120 W e 500 W, respectivamente. Convecção forçada pode ser uma alternativa onde condução de calor entre aviônicos e evaporadores dos IHTEs não é possível. Condensadores cônicos e cilíndricos dos IHTEs demonstram ser possíveis geometrias para o acoplamento térmico entre condensadores de IHTE e evaporador do HES.<br> / Abstract : A novel design for a heat exchanger system (HES) was experimentally evaluated on ground and in-flight conditions aiming the passive cooling of avionics systems. The heat exchanger prototype consists of two condensers, linked to one shared evaporator by two parallel loop-thermosyphons. The air stream on the external side of the fuselage and the air conditioning system served as heat sinks. A heat pipe and four thermosyphons were employed as intermediary heat transfer elements (IHTEs) between heat sources and the HES evaporator. The IHTE design parameters such as filling ratio, inclination angle, aspect ratio and coupling geometries (contact between condenser of IHTE and evaporator of HES) were evaluated. Water was applied as the working fluid. The HES and IHTEs prototypes were qualified for flight after thermal assessments in laboratory and constrained acceptance tests. The tests were conducted at flight Mach numbers up to 0.78 and at altitudes of up to 12 km, corresponding to air static temperatures of -56 ºC. Under cruise flight conditions, the HES is able to dissipate 900 W maintaining vapor temperatures below typical working values for avionics; e.g. 70 to 100 ºC. Efficient performance of thermosyphon was also shown in freezing conditions of the working fluid. Geyser boiling phenomenon eventually yields intense vibrations at the HES evaporator. Thermal changes in the heat sinks hardly affect IHTEs. Heat pipe and thermosyphons with 0.7 m length can dissipate 120 W and 500 W, respectively. Forced convection can be an alternative where heat conduction between avionics and IHTE evaporators is not possible. Conical and cylindrical IHTEs condensers were demonstrated as possible fitting geometries for thermal couplings.

Este trabalho descreve a metodologia desenvolvida para fabricação e comissionamento de um novo conceito de máquina para realização de testes de fadiga por ressonância de tubos rígidos em escala real, visando oferecer soluções técnicas para determinados pontos de melhoria encontrados em equipamentos já existentes. O equipamento foi desenvolvido sob os conceitos de análise vibratória, com o auxílio de ferramentas de CAD e método de elementos finitos. A metodologia de projeto do equipamento foi desenvolvida através de projeto conceitual e seleção de conceito, atingindo evolução gradual através de testes experimentais e aplicação contínua de melhorias. Uma vez fabricada a máquina, foi realizado um teste em trecho de duto íntegro, sem costura, com elevado nível de corrosão superficial externa, visando a validação do projeto e o comissionamento da bancada de testes. Este trecho de duto é de aço API 5L X65 com seis metros de comprimento, 219,1 mm de diâmetro externo e 22,2 mm de espessura, com pressão interna de 200 bar, acrescida de deformação com amplitude constante média de ± 750 μm/m no centro do tubo. O critério de falha adotado foi o surgimento de uma trinca na direção circunferencial, passante ao longo da espessura. Durante o teste, foram adquiridos os dados de deformação, aceleração, frequência, pressão interna, temperatura interna e temperatura ambiente. A análise de falha foi realizada na região da fratura para confirmar a ocorrência de fadiga no tubo. O desenvolvimento da bancada e a posterior realização dos ensaios permitiram avaliar a eficiência e a produtividade do equipamento, o qual se mostrou vantajoso frente aos conceitos existentes e apto para a execução de testes em tubos rígidos de forma rápida e satisfatória. / Este trabalho descreve a metodologia desenvolvida para fabricação e comissionamento de um novo conceito de máquina para realização de testes de fadiga por ressonância de tubos rígidos em escala real, visando oferecer soluções técnicas para determinados pontos de melhoria encontrados em equipamentos já existentes. O equipamento foi desenvolvido sob os conceitos de análise vibratória, com o auxílio de ferramentas de CAD e método de elementos finitos. A metodologia de projeto do equipamento foi desenvolvida através de projeto conceitual e seleção de conceito, atingindo evolução gradual através de testes experimentais e aplicação contínua de melhorias. Uma vez fabricada a máquina, foi realizado um teste em trecho de duto íntegro, sem costura, com elevado nível de corrosão superficial externa, visando a validação do projeto e o comissionamento da bancada de testes. Este trecho de duto é de aço API 5L X65 com seis metros de comprimento, 219,1 mm de diâmetro externo e 22,2 mm de espessura, com pressão interna de 200 bar, acrescida de deformação com amplitude constante média de ± 750 μm/m no centro do tubo. O critério de falha adotado foi o surgimento de uma trinca na direção circunferencial, passante ao longo da espessura. Durante o teste, foram adquiridos os dados de deformação, aceleração, frequência, pressão interna, temperatura interna e temperatura ambiente. A análise de falha foi realizada na região da fratura para confirmar a ocorrência de fadiga no tubo. O desenvolvimento da bancada e a posterior realização dos ensaios permitiram avaliar a eficiência e a produtividade do equipamento, o qual se mostrou vantajoso frente aos conceitos existentes e apto para a execução de testes em tubos rígidos de forma rápida e satisfatória.

O uso de tubos metálicos como componentes integrantes de umbilicais submarinos vem apresentando uma tendência de crescimento na costa brasileira. Apesar de ser uma tecnologia madura, já difundida em outras regiões de produção de petróleo em mar no mundo, o ineditismo de sua aplicação no Brasil traz a necessidade de se estudar algumas questões específicas na busca de se garantir a adequada implementação da tecnologia. Um dos aspectos peculiares à costa brasileira diz respeito ao tipo de embarcações especializadas à instalação dos umbilicais. Tomando-se a instalação de um umbilical típico de tubos metálicos sendo feita por estas embarcações observa-se uma condição bastante severa de processo de fadiga de baixo ciclo nos tubos. Trabalhos vem sendo feitos para se estudar o efeito da fadiga de baixo ciclo no desempenho a fadiga de alto ciclo destes tubos, entretanto, nenhum trabalho foi específico para o tipo de regime de fadiga de baixo ciclo que aparece no cenário de instalação da costa brasileira. Neste trabalho foi proposto um método de teste para se simular, em amostras em laboratório, este regime específico de dano de fadiga de baixo ciclo. Após a aplicação deste dano as amostras foram submetidas a um regime de fadiga de alto ciclo para construção de curvas SN e comparação com as curvas disponíveis na literatura. Para a determinação dos carregamentos impostos aos umbilicais e tubos metálicos foram definidos dois cenários de profundidade (lâmina d’agua) e condições ambientais típicos de instalações de umbilicais na costa brasileira. Para determinação das deformações sofridas pelos tubos metálicos foi utilizado um software dedicado a este tipo de análise e que emprega o método de elementos finitos. Nas simulações do software foram utilizadas curvas Tensão-Deformação obtidas de 6 amostras de tubos ensaiadas. O universo de amostras utilizado para os testes em laboratório, simulando o dano à fadiga de baixo ciclo e construção das curvas SN, foi de 15 amostras com espessura de parede de 1,1mm sem solda e 14 amostras com espessura de parede de 1,3mm com solda circunferencial. A aplicação do dano à fadiga de baixo ciclo foi feita utilizando-se o método de teste de flexão em quatro pontos. Para a construção das curvas SN foi utilizado método de fadiga axial. Após o teste de fadiga axial algumas das amostras foram selecionadas para caracterização das superfícies de fratura. Os resultados dos testes indicaram que, apesar do dano de fadiga de baixo ciclo ser em regime bastante diferente dos estudos disponíveis na literatura, o desempenho à fadiga de alto ciclo dos tubos não apresentou queda quando comparado com estes estudos. / The use of steel tubes in subsea umbilicals is showing a continuous growth in offshore Brazil. Although steel tubes are a mature technology in other offshore oil production areas abroad, its ineditism in Brazil brings the necessity of verifying some local specific characteristic to guarantee its adequate implementation. One of these specific characteristics is regarding the umbilical installation fleet. Taking one typical steel tube installation by one of those vessels one can found a very severe low cycle fatigue condition. Studies have been made for understanding the effect of low cycle fatigue in the high cycle fatigue behavior of steel tubes for umbilicals, but, no specific study on the low cycle fatigue regime that figures on brazilian coast installation scenario. This work proposed a test method for simulating, in samples in laboratory, this specific regime of low cycle fatigue, and after imposing this damage the samples was subjected to a high cycle fatigue regime in order to build SN curves and to compare with the curves presented in the literature. For determining the loads imposed to umbilicals and steel tubes two typical installation scenarios of water depth and environmental data was defined. For determining strains on steel tubes it was used a specific finite element method software. On the software simulation it was used 6 stress-strain curves obtained of 6 steel tube samples testes. The sampling universe for the laboratory tests, for simulating the low cycle fatigue and SN curves build, was 15 samples of 1,1mm wall thickness without weld tubes and 14 samples of 1,3mm wall thickness with weld tubes. The low cycle fatigue regime was performed in a four point bending apparatus and axial fatigue test was used for the SN curves. After axial fatigue test some samples were selected for fracture characterization. The tests results indicated that, although low cycle fatigue regime been different to studies in the literature, the steel tubes didn’t show detrimental effects on high cycle fatigue resistance when compared to these studies.

Dissertação (mestrado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico, Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica, Florianópolis, 2016. / Made available in DSpace on 2017-01-17T03:16:06Z (GMT). No. of bitstreams: 1 343115.pdf: 2569414 bytes, checksum: 500f50c26f5aade2bae3bfa3afebefea (MD5) Previous issue date: 2016 / Trocadores de calor assistidos pela tecnologia de termossifões são equipamentos altamente eficientes. Estes tipos de dispositivos podem transferir altas taxas de calor, com baixas resistências térmicas, entre dois escoamentos com diferentes temperaturas. Diferentes configurações geométricas podem ser adotadas, dependendo da aplicação, incluindo os trocadores de fluxo cruzado ou casco tubos. Nestes tipos de trocadores de calor, os fluxos das correntes quente e fria ocorrem externamente ao feixe de tubos. Para a estimativa dos coeficientes de troca de calor externa por convecção externa e a para a determinação das perdas de carga monofásicas, são usadas correlações experimentais. Entretanto, correlações experimentais podem não estar disponíveis para geometrias complexas ou/e quando as propriedades termofísicas ficam fora do intervalo de validade, como acontece com fluidos muito viscosos. Ferramentas de dinâmica de fluidos computacional (CFD) mostram ter grande aplicabilidade no projeto de trocadores de calor. Uma das principais dificuldades no estudo de trocadores assistidos por termossifões é selecionar uma correlação apropriada para acoplar termicamente os fenômenos internos de mudança de fase com os escoamentos em convecção forçada externa ao feixe de tubos. Neste trabalho, é proposta uma metodologia de acoplamento térmico empregando ferramentas numéricas para trocadores de calor com termossifões. A metodologia acopla o modelo de resistência térmica equivalente para termossifões, associada à mudança de fase interna, com as simulações numéricas dos escoamentos externos. Foram estudados três casos: o primeiro consiste de um termossifão único trocando calor com duas correntes fluidas em escoamento cruzado, o segundo de um feixe de termossifões e finalmente, no terceiro caso, foi analisado um trocador de calor completo do tipo casco casco assistidos por termossifões. Para a avaliação do coeficiente externo de transferência de calor por convecção, foram comparadas as previsões feitas pelas correlações experimentais presentes na literatura contra as respectivas estimativas obtidas da análise computacional. Os resultados obtidos apresentam boa concordância entre os modelos numéricos e os modelos semianalíticos analisados.<br> / Abstract : Two-phase thermosyphon heat exchangers are highly efficient equipment. They can transfer high heat flux rates, with low thermal resistances, between two fluid streams at different temperatures. Different geometry configurations can be adopted, depending on the application, including: cross-flow and shell and tube, among others. These equipment are normally designed using convection heat transfer and friction empirical correlations for cross-flow external to the tube banks, which are coupled with thermosyphon internal thermal resistance correlations. However, correlations may not be available for complex geometries and/or when the fluid thermophysical properties are outside the valid range of the cross-flow correlations, as happens with very viscous fluids. Computational fluid dynamic (CFD) tools have shown to be a powerful design tool for this type of equipment. The main difficulty that arises with this approach is to select the appropriate correlations to be used to couple the thermosyphon internal phase change phenomena with the external forced convection over the evaporator and condenser outside walls. In this work, a numerical model for thermal coupling in two-phase thermosyphon heat exchangers is proposed. This methodology couples thermosyphon total thermal resistance model, which is associated with the internal phase change, with the numerical simulation of the external flows. For a comparison purposes, three cases were studied: the first consists of a single thermosyphon, with external cross-flow the second is thermosyphon bundle in cross-flow and, finally, a complete thermosyphon shell and shell heat exchanger. To validate the external convection heat transfer coefficients obtained numerically, they were compared with experimental correlations available from literature. The obtained results show good agreement between the numerical and the semi-analytical models.

Tese (doutorado) - Universidade Federal de Santa Catarina, Centro Tecnológico. Programa de Pós-Graduação em Engenharia Mecânica. / Made available in DSpace on 2012-10-21T07:49:30Z (GMT). No. of bitstreams: 1 190966.pdf: 3638950 bytes, checksum: a3724fe475f09272a652d55b986457ed (MD5) / Tubos de calor criogênicos são dispositivos de controle térmico de satélites que são utilizados principalmente para o controle térmico de superfícies ópticas, sistemas de câmeras infravermelhos, detectores de raios-X, e telescópios em ambiente espacial. Atualmente, pesquisas estão sendo realizadas para incluir outras aplicações de tubos de calor criogênicos, como o resfriamento de dispositivos eletrônicos, particularmente em ambientes de microgravidade. Os mais recentes desenvolvimentos teóricos e experimentais sobre a análise da partida supercritica de tubos de calor criogênicos, efetuada no Núcleo de Controle Térmico de Satélites, da Universidade Federal de Santa Catarina em cooperação com a Universidade de Clemson, são apresentados. Este projeto de pesquisa foi financiado pelo Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico - CNPq, Fundação CAPES, e Agência Espacial Brasileira, como parte do Programa Uniespaço. O propósito deste trabalho é descrever as técnicas teóricas e experimentais utilizadas para a análise da partida supercritica de tubos de calor criogênicos sob várias condições operacionais. Embora o texto principal desta tese é escrito em inglês, uma sinopse em português é apresentada ao término de cada capítulo.

Made available in DSpace on 2014-11-10T11:09:48Z (GMT). No. of bitstreams: 0 Previous issue date: 2012-11-29Bitstream added on 2014-11-10T11:58:02Z : No. of bitstreams: 1 000792656.pdf: 3661871 bytes, checksum: f2c3e3e3d7a967eea0fbfe7baa565706 (MD5) / Os tubos de concreto com diâmetros superiores a 400 mm são utilizados em bueiros, travessias, drenagem pluvial, esgoto sanitário e canalizações de abastecimento; já os resíduos de borracha de pneu estão sendo aplicados com diversas finalidades, como por exemplo: combustível alternativo para as indústrias de cimento, na fabricação de solados de sapato, em borrachas de vedação, dutos pluviais, pisos para quadras poliesportivas, pisos industriais, asfalto-borracha, tapetes para automóveis e diversos tipos de concreto. Os resíduos de borracha de pneu quando adicionadas ao concreto podem melhorar algumas propriedades, tais como: impermeabilidade, flexibilidade, resistência à abrasão e resistência à corrosão. Em outro contexto, a incorporação destes resíduos no concreto surge como uma possibilidade para se atenuar impactos ambientais, ainda mais sabendo que ele é gerado em abundância durante o processo de recauchutagem. Observa-se, no entanto, que a inclusão desse resíduo pode provocar uma diminuição da resistência à compressão axial e do módulo de deformação longitudinal. Esta pesquisa tem por objetivo analisar o comportamento mecânico de protótipo de tubos de concreto feitos com diferentes teores de adições de resíduos de borracha de pneu. tais como: 10 kg/m³, 15 kg/m³, 20 kg/m³, 25 kg/m³ e 30 kg/m³, com base na norma NBR 8890 (ABNT, 2007). Os tubos de concreto possuem 600 mm de diâmetro nominal e 1,5 m de comprimento, sendo destinados aos sistemas de drenagem de águas pluviais. Os tubos de concreto foram submetidos, em escala real, ao ensaio de resistência à compressão diametral e de absorção de água, cujas amostras foram retiradas dos tubos após o ensaio de compressão diametral. Os resultados obtidos no ensaio de compressão diametral foram satisfatórios, todos os traços superaram o valor mínimo da norma, mas os resíduos de borracha de pneu não se comportaram como fibras. O teor de 15 kg ... / The concrete pipes with diameters greater than 400 mm are used in culverts, crossings, rainwater drainage, sanitary sewer and plumbing supply. The tire rubber residues are being applied to various purposes such as: alternative fuel for the cement industry, in the manufacture of shoe soles in rubber seals, rainwater pipes, flooring for sports courts, industrial floors, asphalt-rubber mats for automobiles and various types of concrete. The tire rubber residue, when added to concrete, may improve some properties such as impermeability, flexibility, abrasion resistance and corrosion resistance. In another context, incorporation in the concrete of these residues appears as a possibility to mitigate environmental impacts, especially knowing that it is generated abundantly during the retreading process. It is noted, however, that the inclusion of this residue may lead to a decrease in compressive strength and modulus of elasticity. Based on standard NBR 8890 (ABNT, 2007), this research aims to analyze the mechanical behavior of prototypes of concrete pipes made with different contents of additions of tire rubber residue, such as: 10 kg/m³, 15 kg/m³, 20 kg/m³, 25 kg/m³ and 30 kg/m³. The concrete pipes that were studied had nominal diameter of 600 mm and length of 1.5 m, being intended for drainage systems of rainwater. The concrete pipes in real scale were submitted to the test of diametral compression strength and, after their ruptures, to the water absorption test, which samples were collected from the broken pieces. The results obtained by the diametral compression test were satisfactory since all pipes made with the mixtures exceeded the minimum value of the brazilian standard, but the tire rubber residue did not behave as a fiber. The content of 15 kg of tire rubber residue per cubic meter of concrete was the one who had the best performance. The addition of tire rubber residue had not changed the characteristic of concrete related to ...